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Pour produire l’électricité : prendre le large

Frisant les 20 000 TWh, la production d’électricité est à l’origine de plus de 40 % des émissions de CO2 dans le monde. Et pour cause : 66 % de cette électricité est issue de centrales thermiques alimentées essentiellement par du charbon et du gaz. Les énergies renouvelables, en hausse constante, ne représentent encore que 20 % de cette production et le nucléaire 14 %. Développer la part des ENR est devenu aujourd’hui une priorité dans le monde entier.

Pour produire l’électricité : prendre le large

En hausse de 30 % par an depuis 10 ans, l’éolien est aujourd’hui la filière énergétique la plus dynamique qui a atteint une puissance installée de près de 282 GW dans le monde (2012). Une filière qui, après avoir gagné du terrain dans nos campagnes, prend le large pour s’installer de plus en plus loin des côtes. Focus sur les opportunités et les freins au développement de l’éolien offshore, qu’il soit posé ou flottant, ainsi que sur les solutions envisagées pour stocker cette énergie intermittente.

L’éolien a le vent en poupe

Vents plus forts et plus réguliers, limitation des nuisances sonores et visuelles... Les nombreux atouts de l’éolien offshore expliquent pourquoi la plupart des pays se tournent vers lui aujourd’hui. Avec des objectifs ambitieux, même si le parc actuel reste faible (5,5 GW en 2013) et les freins nombreux. La France a pour ambition d’en installer 6 GW d’ici à 2020 (la puissance installée d’éolien terrestre aujourd’hui est de près de 8,3 GW et couvre 3 % de la consommation d’électricité), l’Europe 40 GW, la Chine 30 GW, les États-Unis 10 GW puis 53 GW avant 2030. Car à puissance égale, l’éolien offshore peut fournir jusqu’à 60 % d’énergie en plus par rapport à l’éolien terrestre. Cela est d’autant plus intéressant que nombre de sites terrestres commencent à saturer. Aussi, les industriels comme les organismes de recherche s’activent-ils pour rendre ces éoliennes offshore plus efficientes. En effet, les coûts d’installation, de maintenance en mer et de raccordement au réseau restent élevés : 3 M€/MW d’investissement pour une éolienne posée en mer, contre 1,5 M€ pour une éolienne à terre, et 120 à 160 €/MWh de coût de revient, contre 60 à 80 €/MWh. Pour être compétitif, l’offshore doit donc descendre sous la barre des 100 €/MWh.

Un défi qui se posera également à l’éolien flottant, plus complexe à mettre en œuvre que l’éolien posé, mais plus performant grâce à la puissance et à la régularité des vents en haute mer. Son potentiel mondial est estimé à plusieurs milliers de TWh/an. Implanté à 20 ou 30 km des côtes, sur des flotteurs amarrés par des câbles par plus de 50 m de fond, l’éolien flottant soulève encore beaucoup de questions. Comment stabiliser en haute mer la masse de la nacelle de l’éolienne, pesant plusieurs centaines de tonnes à 100 m de haut ? Faut-il repenser l’éolienne de fond en comble ou adapter les modèles existants ? Comment leur éviter d’osciller, pour épargner le mât et optimiser le transfert d’énergie ? Comment réduire le coût des flotteurs, condition sine qua non de la compétitivité de l’offshore flottant ? Autant de points sur lesquels IFPEN travaille en s’appuyant sur sa longue expérience en matière d’offshore pétrolier.

Stockage d’énergie : des solutions prometteuses pour 2020

Face au développement des énergies intermittentes comme l’éolien ou encore le solaire, le stockage d’énergie est indispensable : il doit permettre de garantir la disponibilité en énergie et la stabilisation des réseaux, conditions sine qua non de l’équilibre du système électrique. Le stockage de l’énergie concerne principalement le stockage de l’électricité et celui de chaleur.

Le stockage de l’électricité vise à répondre à quatre problématiques principales :
-  récupérer la production excédentaire d’énergie par rapport à la demande du moment,
-  fournir de l’énergie pour compenser l’insuffisance due au caractère intermittent de l’offre,
-  fournir de l’énergie pour alimenter un pic de demande occasionnel,
-  fournir de l’énergie en cas de défaillance du système électrique ou de mauvaise qualité du réseau local.

Le stockage de la chaleur est avant tout destiné au chauffage et à la climatisation des bâtiments, de la maison individuelle aux locaux commerciaux ou tertiaires, au niveau d’un quartier, d’une ville ou d’un territoire.

Aujourd’hui, le stockage direct de l’énergie électrique n’est pas possible. L’électricité est donc convertie en énergie potentielle, qui est stockée puis récupérée et enfin retransformée pour être utilisable. Le stockage peut être stationnaire, c’est-à-dire à usage centralisé, de façon fixe. Il peut aussi être embarqué, c’est-à-dire mobile (moyens de transport, appareils électroniques, etc.). De nombreuses pistes technologiques sont à l’étude pour améliorer les solutions existantes, notamment les STEP (stations de transfert d’énergie par pompage, calquées sur le système des barrages et au nombre de 400 dans le monde) : un chantier prometteur, une véritable pépinière d’innovations !

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On y travaille

Offshore flottant : IFPEN réinvente l’éolienne

Alors que la France ne possède pour l’instant aucun parc éolien offshore mais dispose du 2e domaine maritime mondial et du 2e potentiel éolien européen, IFPEN a misé sur l’innovation de rupture pour permettre au pays d’exploiter ce potentiel énorme.

Plusieurs programmes de recherche ont ainsi été lancés ces dernières années, destinés à réinventer l’éolienne pour qu’elle puisse s’adapter aux multiples contraintes de l’offshore à plus de 50 m de fond. Plusieurs pistes sont étudiées :
-  l’élaboration d’un concept de flotteur et d’ancrage adapté à l’offshore,
-  le développement d’un amortisseur d’effort pour les ancrages (en partenariat avec la société Techlam),
-  la mise au point d’un système de contrôle pour éoliennes, basé sur le Lidar (en partenariat avec Avent LidarTechnology), capable de contrôler par anticipation l’éolienne, en bénéficiant de la mesure à distance du vent fournies par le capteur lidar. Ce système de contrôle est également utilisable pour les éoliennes à terre,
-  le développement du logiciel Deeplines Wind (en partenariat avec Principia), permettant de simuler le comportement des éoliennes dans leur environnement, et donc d’optimiser le support flottant et son système d’ancrage.

Pour ces travaux, les chercheurs d’IFPEN mettent à profit leur expertise historique en forage et production pétrolière en haute mer.

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On y croit

Découvrez les recherches menées par IFPEN sur (vidéos en anglais) :

- la simulation des éoliennes offshore dans leur environnement : "Deeplines Wind™ : dedicated software for offshore wind projects"
- le système contrôle des éoliennes par le lidar : "Lidar Assisted Control of Wind Turbines"
- le contrôle des systèmes houlomoteurs : "Predictive Control of Wave Energy Converters"

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